1、煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析摘 要：通过对开采 14125 保护层工作面前后，14124 煤层各种参数的变化对比，论证了 5 槽煤层对 4 槽煤层的保护效果。关键词：保护层；效果分析1 B4 煤层瓦斯及突出危险性西二采区 4-1 煤层瓦斯含量 5.01m3/t ，瓦斯压力 1.2MPa（重庆分院实测） 。从建井期间揭煤情况看，4-1 煤层具有较为严重突出危险性，建矿以来 4-1 煤层突出 10 次，1987 年西二运输石门揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3 ，这次突出是全淮南矿区突出强度最大的一次。投产以来多次石门揭露 4-1 煤层，均采取了卸压排放钻孔、远距离放炮等专项治理
2、措施才确保安全施工。西二-370m 石门 1993 年揭 B4 煤层之前曾进行了打钻测压，突出指标10，1.0MP，=18.5，=0.61，为突出危险区。采取排放钻孔措施揭穿煤层后，各项指标均降至临界值以下，具体为：f=0.72，=9.5，=13.19。2 上保护层开采设计西二 B 组采区 B5 煤层平均厚度为 1.3m，与 B4 煤层层间距为 611m左右，平均 8.3m，属于近距离上保护层开采类型。2.1 保护层与被保护层工作面回采巷道布置B4 煤层西翼一阶段(即 14124)和上保护层 B5 煤层一阶段(即 14125)上风巷由西二回风付石门施工 B5 提料斜巷至西进风井煤柱标高，与西二
3、回风石门相透，形成进回风系统。14124 下顺槽由 B4 煤层下山直接向西施工，14125 下顺槽由 B4 煤层下山施工进风斜巷至 B5 下顺槽标高。该块段 14125 上风巷与 14124 上风巷平距外错 2m，14125 下顺槽与 14124 下顺槽平距外错 7m，14125 始采线、终采线与 14124 外错平距为 10m。西二采区 B5 煤层一阶段 14125 工作面设计上风巷长 545m，下顺槽长 601m，倾斜宽 150m，预计在保护范围内的 B4 煤层一阶段 14124 工作面走向525m，倾斜宽 140m。工作面布置见下图。2.2 B4 煤层底板巷道布置从西二 B 组采区 B4
4、 煤层底板通风上山-411m 标高处开始，在 14124工作面中部的 B4 煤层底板砂岩中布置一条 14124 底板抽排巷，岩巷到 B4煤层底板的垂距为 2325m，长度 597m。底板抽排巷采用断面为2.42.4m 的直墙半圆拱，锚喷支护。从 14124 工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距 30m，钻场长 宽 高=232m，采用锚喷支护，共设计 15 组钻场，由东向西编号依次为 1#15#。3 14125 工作面开采对 14124 工作面保护效果分析B5 煤层在本区平均厚度 1.3m，与 B4 煤层层间距平均为 8.3m 左右，属于近距离上保护层开采类型。该煤层在本区
5、赋存较稳定，B5 与 B4 煤层层间岩层以砂岩为主，其次为砂页岩和页岩。B5 煤层作为 B4 煤层的上保护层先期开采后，必然对上部 B4 煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。3.1 上保护层保护作用的理论分析保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。(1) 根据防治煤与瓦斯突出细则的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于 50m。(2) 根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公式确定上保护层开采的有效垂距：S 上= h 上 12式
6、中：S 上-上保护层的最大有效层间垂距，m；h 上-上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度 a 和开采深度 H 有关，当 a0.3h 时，则取 a=0.3h，但 a 不得大于 250m；1-保护层开采影响系数，当 Mmo 时，1=M/ mo ，当Mmo 时，1=1 ；M-保护层开采厚度，m；mo- 开采保护层的最小有效厚度，m；2- 层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以 表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，50%时，2=1- （0.4/100） ，50%时，2=1 。按照这一方法的计算公式计算得出的 14125 工作面上保护层开采的有效保护垂距为 58m。(3) 保护层的保护作用不仅与层
7、间距离有关，而且与保护层的开采厚度有关。因此，在讨论保护作用时，应把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与采高的比值 R=h/m。相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。保护层开采的实践经验表明：开采上保护层的相对层间距 R75 时，被保护层从未发生过突出。因此，可以把上保护层开采时相对层间距R75 作为选择保护层的一个依据。对于 14124 工作面，B5 煤层距 B4 煤层 8.3m，R=h/m=6.4。因此，B5 煤层与 B4 煤层的间距远小于上保护层开采的最大有效层间距 50m，且其 R 值亦远小于 75，说明 B5 煤层开采后，将对 B4 煤层产生非常
8、好的保护效果。3.2 B5 保护层开采的保护效果分析通过对 B5 煤层开采后 B4 煤层的各项参数包括煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形等的观测，在上保护层首采的14125 工作面开采前后，B4 突出煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形和瓦斯抽放量等参数发生了明显的变化。各参数的变化具有一定的内在联系，从不同的角度反映了 B5 煤层的开采对 B4煤层的保护作用。 （见下表 1）从以上分析可以看出，B5 煤层开采后，在 B5 煤层 14125 工作面后方25m 以远（即 3.0 倍层间距以上） ，B4 煤层瓦斯压力急剧下降到了0.2MPa，低于防治煤与瓦斯突出
9、细则规定的 0.74MPa；B4 煤层膨胀变形达到最大值34.110-3 ，远远超过了 6；煤层透气性增加到 21.1m2/MPa2d ，是原始透气性系数的 626 倍；钻孔瓦斯流量最大达到 0.09m3/min ，是卸压前钻孔瓦斯流量的 45 倍。上述多种参数充分说明：B5 煤层 14125 回采工作面相对于 B4 煤层掘进工作面的合理超前距为不小于 30m，在 B5 煤层 14125 工作面 30m 以后，位于保护范围内的 4 煤层突出危险性已经消除，保护效果十分显著。参考文献1 袁亮松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术M 北京：煤炭工业出版社，2004.2 中华人民共和国煤炭工业部防治煤和瓦斯突出细则M 北京：煤炭工业出版社,2005.
